拋丸、噴丸、噴砂、打磨、拋光等鋁鎂金屬表面處理（簡(jiǎn)稱(chēng)拋光）工藝是鋁鎂制品機(jī)械加工的重要工序，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、摩托車(chē)等交通工具，通訊、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)品（3C）電子產(chǎn)品，日用品和零件制造行業(yè)。

近幾年，我國(guó)發(fā)生了多起鋁鎂金屬打磨與拋光粉塵爆炸事故，造成了重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。2014年8月2日，江蘇省昆山市中榮金屬制品有限公司拋光車(chē)間發(fā)生特大粉塵爆炸事故，已造成 75 人死亡，185人受傷。這次事故是我國(guó)歷史上人員傷亡最大的工業(yè)粉塵爆炸事故。

本文通過(guò)介紹鋁鎂金屬表面處理工藝及鋁鎂金屬的粉塵爆炸特性，分析近幾年鋁鎂金屬打磨與拋光粉塵爆炸事故，提出相關(guān)工藝粉塵爆炸防護(hù)方法。

 處理工藝 

鋁鎂金屬材料包括鋁鎂合金、鋁硅合金、鎂鋁合金等。鋁鎂金屬的加工工藝通常包括熔煉、壓鑄、澆鑄、注射成型、電鍍前表面處理和電鍍等工序。

鋁鎂金屬表面處理工藝是金屬機(jī)械加工的重要工序，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)等交通工具零件，筆記本、平板電腦、手機(jī)等電子產(chǎn)品框架，五金日用品和其他金屬零件制造行業(yè)。鍍膜前的金屬表面處理工藝包括噴丸、噴砂、去毛刺、打磨、刷光和拋光等工序中的一種或幾種。

相關(guān)設(shè)備包括拋丸機(jī)、噴丸機(jī)、噴砂機(jī)、角磨機(jī)、砂輪機(jī)、砂帶機(jī)、手持式砂輪、手持式砂紙打磨機(jī)、刷光機(jī)、固定式拋光輪、手持式拋光輪等。

 拋丸/ 噴丸 

拋丸通過(guò)葉輪拋丸機(jī)將直徑0.2 ～ 3mm 的鋼丸高速拋向工件表面。由于工件母體金屬可以發(fā)生塑性變形，而氧化皮不能發(fā)生塑性變形，因而氧化皮被除去。拋丸還具有除去材料表面應(yīng)力的作用。

噴丸和拋丸的表面處理效果類(lèi)似，區(qū)別在于噴丸采用壓縮空氣通過(guò)噴嘴 將鋼丸高速?lài)娤蚬ぜ砻?，其?yōu)點(diǎn)是適用于表面形態(tài)復(fù)雜的工件，但能耗較高。拋丸和噴丸常用于輪轂等重鑄件，其產(chǎn)生的粉塵含較多金屬氧化物。拋丸機(jī)或者噴丸機(jī)均配備除塵器，用于將粉塵和鋼丸分離，以回收鋼丸重復(fù)使用。

 噴 砂 

噴砂和噴丸工藝設(shè)備類(lèi)似，但所用的表面處理介質(zhì)為125～425μm金剛砂等硬度較高帶有棱角的顆粒。由于砂粒帶有棱角，因此對(duì)工件表面具有磨削作用，可用于除去工件表面的氧化皮和塑性脫模劑。噴砂常用于平板框架等輕鑄件。噴砂產(chǎn)生的粉塵含有金屬氧化物、金 屬和塑性脫模劑。噴砂機(jī)也配備除 塵器，用于將砂和粉塵分離。

 去毛刺 

毛刺是鑄造過(guò)程產(chǎn)生的薄片或尖刺，為金屬和氧化皮的組合。拋丸、噴丸、噴砂都有去毛刺的效果，但部分毛刺根部需要手動(dòng)去除。采用的工具有砂輪頭角磨機(jī)、圓柱頭角磨機(jī)、圓錐頭角磨機(jī)和手銼等。

 打 磨 

打磨通過(guò)植砂皮帶、砂輪、角磨機(jī)、砂紙等工具對(duì)金屬表面進(jìn)行磨削。打磨粉塵粒徑與植砂粒徑有關(guān)，粒徑范圍由幾微米到幾百微米。打磨粉塵活性金屬含量較高，通常為80% 以上。打磨對(duì)輕鑄件和重鑄件都是必需工序。

 刷 光 

刷光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的金屬絲刷去金屬表面氧化物和脫模劑，常用于剎車(chē)片、平板框架等輕鑄件，也用于表面積大的冷軋板。典型刷光粉塵的粒徑為20 ～30μm。

 拋 光 

拋光一般采用麻、布和絨等織物覆蓋的拋光輪摩擦工件表面，提高工件表面光潔度。拋光輪上通常抹上膏狀拋光磨料。拋光過(guò)程中，脫落的織物纖維和磨料會(huì)與金屬粉混合。單個(gè)拋光粉塵的粒度很小，一般小于5μm，但拋光粉塵因?yàn)榭椢锢w維而呈纖維狀。拋光粉塵的活性金屬含量較低。廣義的拋光工 序包括所有的金屬表面修整工序。

 事故分析 

我國(guó)最早見(jiàn)諸報(bào)道的粉塵爆炸事故就是鋁合金拋光粉塵爆炸事故。1963年6月16日，天津鋁制品廠磨光車(chē)間發(fā)生鋁粉塵爆炸事故，導(dǎo)致19人死亡，24 人受傷。該車(chē)間采用刷光機(jī)進(jìn)行刷光，除塵系統(tǒng)與10個(gè)工位的吸塵罩相連。事故的直接原因是風(fēng)機(jī)葉片軸上螺絲松動(dòng)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)輪葉片與風(fēng)機(jī)外殼發(fā)生摩擦。除塵系統(tǒng)內(nèi)爆炸后，爆炸火焰通過(guò)工位的吸塵口沖出，在車(chē)間內(nèi)引發(fā)了二次爆炸。國(guó)內(nèi)外見(jiàn)于報(bào)道的鋁鎂金屬打磨拋光粉塵爆炸事故見(jiàn)表1。

通過(guò)對(duì)29 起鋁鎂金屬打磨拋光粉塵爆炸事故的分析，總結(jié)事故的根本原因和直接原因（點(diǎn)火源）如下：

 根本原因 

1. 除塵能力不足

車(chē)間內(nèi)工位附近粉塵沉積有時(shí)直接導(dǎo)致粉塵初始爆炸，有時(shí)在除塵系統(tǒng)爆炸后參與車(chē)間內(nèi)的二次爆炸。而車(chē)間粉塵沉積的主要原因是除塵能力不足，包括缺乏除塵系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)存在設(shè)計(jì)缺陷或維護(hù)不夠。很多小型拋光作坊沒(méi)有安裝除塵系統(tǒng)，僅僅基于職業(yè)健康考慮安裝了通風(fēng)風(fēng)機(jī)以降低車(chē)間內(nèi)粉塵濃度。有的小型拋光作坊通過(guò)風(fēng)機(jī)將粉塵輸送到緊鄰車(chē)間的“除塵室”。所謂除塵室只是簡(jiǎn)易沉降室，在正常作業(yè)過(guò)程或者粉塵清理作業(yè)中極易發(fā)生爆炸。有的企業(yè)安裝了脈沖式袋式除塵器，但風(fēng)速設(shè)計(jì)不夠，沒(méi)有定期檢查風(fēng) 機(jī)，管道清掃不及時(shí)。有的企業(yè)雖然采用了相對(duì)安全的濕式除塵器，但除塵器沒(méi)有設(shè)計(jì)氫氣排放裝置。

2. 車(chē)間和除塵管道清掃不足

發(fā)生爆炸事故的車(chē)間都有大量粉塵沉積，有些除塵系統(tǒng)管道從未清理過(guò)。

事故主要點(diǎn)火源

鋁鎂金屬打磨拋光事故的點(diǎn)火源包括：打磨工具產(chǎn)生的機(jī)械火花、風(fēng)機(jī)故障機(jī)械火花、電氣線(xiàn)路火花、非防爆電氣設(shè)備火花、壓縮空氣噴吹靜電放電，管道內(nèi)靜電放電、管道內(nèi)粉塵遇濕自燃等。機(jī)械火花、電氣火花和靜電放電是主要的點(diǎn)燃源，分別占41%、14%和14%。

防護(hù)方法

我國(guó)已經(jīng)建立較為完備的粉塵防爆標(biāo)準(zhǔn)化體系，與鋁鎂金屬打磨拋光粉塵爆炸防護(hù)最為相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)包括GB15577-2007《粉塵防爆安 全規(guī)程》、GB17269-2003《鋁鎂 粉加工粉塵防爆安全規(guī)程》等。但GB17269-2003《鋁鎂粉加工粉塵 防爆安全規(guī)程》主要是針對(duì)鋁鎂金 屬粉體生產(chǎn)，對(duì)鋁鎂機(jī)械加工的規(guī) 定較少。目前《鋁鎂制品機(jī)械加工 防爆安全技術(shù)規(guī)范》正在制定中。美國(guó)防火協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn) NFPA 484-2012《可燃金屬標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)于鋁鎂金 屬打磨拋光防爆很有指導(dǎo)價(jià)值。

粉塵爆炸的5個(gè)條件是：

可燃粉塵、空氣中的氧氣、點(diǎn)火源、粉塵懸浮并達(dá)到爆炸下限、存在受限空間。防止粉塵爆炸的方法就是消除其中的一個(gè)或者幾個(gè)條件。

打磨拋光防塵罩、除塵管路、除塵器、車(chē)間都是客觀存在的受限空間，而打磨拋光作業(yè)系統(tǒng)不可能是完全密閉系統(tǒng)，因此不可能控制氧濃度。所以，可行的爆炸防護(hù)方法為：控制可燃粉塵、防止形成粉塵云和控制點(diǎn)火源。

 控制可燃粉塵 

1.濕法打磨與拋光。沒(méi)有粉塵就不可能發(fā)生粉塵爆炸。徹底消除打磨與拋光粉塵爆炸的方法是濕法打磨拋光。打磨拋光作業(yè)在封閉的打磨柜中由機(jī)械手進(jìn)行，過(guò)程中用噴管將混合了切削油的霧化水或水滴不斷噴向被打磨部位。濕法打磨與拋光要加強(qiáng)車(chē)間通風(fēng)以排出氫氣。

2.濕法除塵。采用濕法除塵器可以確保收集到除塵器中的粉塵不再參與粉塵爆炸。由于管道系統(tǒng)和濕式除塵器入口存在干的粉塵，因此除塵器仍然需要采用泄壓設(shè)計(jì)。濕式除塵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮排出除塵器和管道系統(tǒng)的氫氣。如果設(shè)計(jì)了槽式風(fēng)道，應(yīng)在槽式風(fēng)道內(nèi)噴水，使整個(gè)風(fēng)槽內(nèi)的粉塵浸沒(méi)在水中。

3. 粉塵惰化。由于鋁合金粉塵和鎂合金粉塵的點(diǎn)燃能量特別低，因此粉塵在進(jìn)入袋式除塵器前可通過(guò)自動(dòng)喂料系統(tǒng)摻入碳酸鈣等惰性粉塵。

4. 粉塵清掃。通過(guò)定期清掃和清理控制車(chē)間地面、鋼結(jié)構(gòu)、管道內(nèi)粉塵的積累。

5. 保證足夠的除塵能力。鋁鎂金屬打磨與拋光工藝特點(diǎn)決定了可燃粉塵持續(xù)產(chǎn)生且懸浮到空氣中。但是通過(guò)采用吸塵罩除塵可以降低打磨拋光設(shè)備附近的粉塵濃度，使粉塵濃度低于爆炸下限。為了保證足夠的除塵能力，除塵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與維護(hù)應(yīng)注意：宜采用濕式除塵器，除塵器應(yīng)有泄壓設(shè)計(jì)，并考慮氫氣排放；鋁合金粉塵的管道風(fēng)速應(yīng)不低于23 m/s，鎂合金粉塵的管道風(fēng) 速應(yīng)不低于18 m/s ；除塵管道應(yīng)設(shè) 計(jì)檢查清掃口，定期清理管道粉塵。

 控制點(diǎn)火源 

除了打磨本身產(chǎn)生的機(jī)械火花，絕大多數(shù)點(diǎn)燃源是可避免的。

1. 電氣防爆。鋁鎂金屬打磨拋光車(chē)間應(yīng)進(jìn)行粉塵爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分，并按區(qū)域劃分選用粉塵防爆型電氣設(shè)備。車(chē)間內(nèi)電氣布線(xiàn)應(yīng)規(guī)范。

2. 防靜電。打磨拋光設(shè)備、被打磨工件、吸塵罩、除塵管道、除塵器、風(fēng)機(jī)等應(yīng)電位跨接并接地。作業(yè)人員也應(yīng)接地。不使用不導(dǎo)電的軟連接，應(yīng)使用金屬軟連接或者防靜電軟連接。

3. 使用葉輪不易產(chǎn)生火花的防爆風(fēng)機(jī)。

4. 控制明火，規(guī)范工業(yè)動(dòng)火。

 減輕爆炸損失 

1. 建筑設(shè)計(jì)和工藝設(shè)備布置。打磨拋光車(chē)間宜為頂部泄壓的單層建筑。如為多層建筑應(yīng)采用具有足夠泄壓面積的框架結(jié)構(gòu)。一層以上的樓層應(yīng)有獨(dú)立的逃生通道。工藝設(shè)備的布置應(yīng)保證人員能及時(shí)疏散。

2. 相對(duì)獨(dú)立的除塵系統(tǒng)。一個(gè)作業(yè)工位發(fā)生著火或者爆炸，爆炸火焰會(huì)通過(guò)除塵管道迅速傳播到同一除塵系統(tǒng)的其他工位。因此，同一除塵系統(tǒng)所帶的打磨拋光工位不宜過(guò)多（一般不應(yīng)超過(guò) 20 個(gè)）。除塵系統(tǒng)之間不應(yīng)有管道互連。

3. 爆炸泄壓。對(duì)于除塵器和管道，最可行的爆炸保護(hù)方法是爆炸泄壓。目前的標(biāo)準(zhǔn)要求不應(yīng)在室內(nèi)泄壓。但實(shí)踐表明，除塵管道在室內(nèi)泄壓能較好緩解爆炸沖擊波和火焰對(duì)工位的沖擊。

4. 個(gè)體防護(hù)。作業(yè)人員應(yīng)穿戴阻燃的個(gè)體防護(hù)裝備，佩戴防護(hù)眼鏡。

 結(jié) 論 

鋁鎂金屬打磨拋光粉塵的點(diǎn)燃能量低，易于發(fā)生粉塵爆炸事故。統(tǒng)計(jì)表明，機(jī)械火花、電氣火花和靜電放電是主要的點(diǎn)燃源。近年來(lái)，我國(guó)打磨拋光粉塵爆炸事故頻發(fā)的根本原因是企業(yè)缺乏對(duì)粉塵爆炸危害認(rèn)識(shí)，除塵能力不足和粉塵清掃不及時(shí)。如果認(rèn)真執(zhí)行粉塵爆炸相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，采取措施控制可燃粉塵、控制點(diǎn)燃源和減輕爆炸損失，絕大多數(shù)的粉塵爆炸災(zāi)害可以避免。